彻底明白Java的多线程-实现线程同步 http://publish.it168.com/2005/0820/20050820006501.shtml

1. 虚假的多线程

例1：

public class TestThread

{

int i=0, j=0;

public void go(int flag){

while(true){

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

if(flag==0)

i++;

System.out.println("i=" + i);

}

else{

j++;

System.out.println("j=" + j);

}

}

}

public static void main(String[] args){

new TestThread().go(0);

new TestThread().go(1);

}

}

上面程序的运行结果为：

i=1

i=2

i=3

。。。

结果将一直打印出I的值。我们的意图是当在while循环中调用sleep()时，另一个线程就将起动，打印出j的值，但结果却并不是这样。关于sleep()为什么不会出现我们预想的结果，在下面将讲到。

2. 实现多线程

通过继承classThread或实现Runnable接口，我们可以实现多线程

2.1 通过继承classThread实现多线程

classThread中有两个最重要的函数run()和start()。

1) run()函数必须进行覆写，把要在多个线程中并行处理的代码放到这个函数中。

2) 虽然run()函数实现了多个线程的并行处理，但我们不能直接调用run()函数，而是通过调用start()函数来调用run()函数。在调用start()的时候，start()函数会首先进行与多线程相关的初始化（这也是为什么不能直接调用run()函数的原因），然后再调用run()函数。

例2：

public class TestThread extends Thread{

private static int threadCount = 0;

private int threadNum = ++threadCount;

private int i = 5;

public void run(){

while(true){

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

System.out.println("Thread " + threadNum + " = " + i);

if(--i==0) return;

}

}

public static void main(String[] args){

for(int i=0; i<5; i++)

new TestThread().start();

}

}

运行结果为：

Thread 1 = 5

Thread 2 = 5

Thread 3 = 5

Thread 4 = 5

Thread 5 = 5

Thread 1 = 4

Thread 2 = 4

Thread 3 = 4

Thread 4 = 4

Thread 1 = 3

Thread 2 = 3

Thread 5 = 4

Thread 3 = 3

Thread 4 = 3

Thread 1 = 2

Thread 2 = 2

Thread 5 = 3

Thread 3 = 2

Thread 4 = 2

Thread 1 = 1

Thread 2 = 1

Thread 5 = 2

Thread 3 = 1

Thread 4 = 1

Thread 5 = 1

从结果可见，例2能实现多线程的并行处理。

＊＊：在上面的例子中，我们只用new产生Thread对象，并没有用reference来记录所产生的Thread对象。根据垃圾回收机制，当一个对象没有被reference引用时，它将被回收。但是垃圾回收机制对Thread对象“不成立”。因为每一个Thread都会进行注册动作，所以即使我们在产生Thread对象时没有指定一个reference指向这个对象，实际上也会在某个地方有个指向该对象的reference，所以垃圾回收器无法回收它们。

3) 通过Thread的子类产生的线程对象是不同对象的线程

class TestSynchronized extends Thread{

public TestSynchronized(String name){

super(name);

}

public synchronized static void prt(){

for(int i=10; i<20; i++){

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

}

}

public synchronized void run(){

for(int i=0; i<3; i++){

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

}

}

}

public class TestThread{

public static void main(String[] args){

TestSynchronized t1 = new TestSynchronized("t1");

TestSynchronized t2 = new TestSynchronized("t2");

t1.start();

t1.start();//（1）

//t2.start();（2）

}

}

运行结果为：

t1 : 0

t1 : 1

t1 : 2

t1 : 0

t1 : 1

t1 : 2

由于是同一个对象启动的不同线程，所以run()函数实现了synchronized。如果去掉（2）的注释，把代码（1）注释掉，结果将变为：

t1 : 0

t2 : 0

t1 : 1

t2 : 1

t1 : 2

t2 : 2

由于t1和t2是两个对象，所以它们所启动的线程可同时访问run()函数。

2.2 通过实现Runnable接口实现多线程

如果有一个类，它已继承了某个类，又想实现多线程，那就可以通过实现Runnable接口来实现。

1) Runnable接口只有一个run()函数。

2) 把一个实现了Runnable接口的对象作为参数产生一个Thread对象，再调用Thread对象的start()函数就可执行并行操作。如果在产生一个Thread对象时以一个Runnable接口的实现类的对象作为参数，那么在调用start()函数时，start()会调用Runnable接口的实现类中的run()函数。

例3.1：

public class TestThread implements Runnable{

private static int threadCount = 0;

private int threadNum = ++threadCount;

private int i = 5;

public void run(){

while(true){

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

System.out.println("Thread " + threadNum + " = " + i);

if(--i==0) return;

}

}

public static void main(String[] args){

for(int i=0; i<5; i++)

new Thread(new TestThread()).start();//（1）

}

}

运行结果为：

Thread 1 = 5

Thread 2 = 5

Thread 3 = 5

Thread 4 = 5

Thread 5 = 5

Thread 1 = 4

Thread 2 = 4

Thread 3 = 4

Thread 4 = 4

Thread 4 = 3

Thread 5 = 4

Thread 1 = 3

Thread 2 = 3

Thread 3 = 3

Thread 4 = 2

Thread 5 = 3

Thread 1 = 2

Thread 2 = 2

Thread 3 = 2

Thread 4 = 1

Thread 5 = 2

Thread 1 = 1

Thread 2 = 1

Thread 3 = 1

Thread 5 = 1

例3是对例2的修改，它通过实现Runnable接口来实现并行处理。代码（1）处可见，要调用TestThread中的并行操作部分，要把一个TestThread对象作为参数来产生Thread对象，再调用Thread对象的start()函数。

3) 同一个实现了Runnable接口的对象作为参数产生的所有Thread对象是同一对象下的线程。

例3.2：

package mypackage1;

public class TestThread implements Runnable{

public synchronized void run(){

for(int i=0; i<5; i++){

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

}

}

public static void main(String[] args){

TestThread testThread = new TestThread();

for(int i=0; i<5; i++)

//new Thread(testThread, "t" + i).start();（1）

new Thread(new TestThread(), "t" + i).start();（2）

}

}

运行结果为：

t0 : 0

t1 : 0

t2 : 0

t3 : 0

t4 : 0

t0 : 1

t1 : 1

t2 : 1

t3 : 1

t4 : 1

t0 : 2

t1 : 2

t2 : 2

t3 : 2

t4 : 2

t0 : 3

t1 : 3

t2 : 3

t3 : 3

t4 : 3

t0 : 4

t1 : 4

t2 : 4

t3 : 4

t4 : 4

由于代码（2）每次都是用一个新的TestThread对象来产生Thread对象的，所以产生出来的Thread对象是不同对象的线程，所以所有Thread对象都可同时访问run()函数。如果注释掉代码（2），并去掉代码（1）的注释，结果为：

t0 : 0

t0 : 1

t0 : 2

t0 : 3

t0 : 4

t1 : 0

t1 : 1

t1 : 2

t1 : 3

t1 : 4

t2 : 0

t2 : 1

t2 : 2

t2 : 3

t2 : 4

t3 : 0

t3 : 1

t3 : 2

t3 : 3

t3 : 4

t4 : 0

t4 : 1

t4 : 2

t4 : 3

t4 : 4

由于代码（1）中每次都是用同一个TestThread对象来产生Thread对象的，所以产生出来的Thread对象是同一个对象的线程，所以实现run()函数的同步。

二． 共享资源的同步

1. 同步的必要性

例4：

class Seq{

private static int number = 0;

private static Seq seq = new Seq();

private Seq() {}

public static Seq getInstance(){

return seq;

}

public int get(){

number++; //（a）

return number;//（b）

}

}

public class TestThread{

public static void main(String[] args){

Seq.getInstance().get();//（1）

Seq.getInstance().get();//（2）

}

}

上面是一个取得序列号的单例模式的例子，但调用get()时，可能会产生两个相同的序列号：

当代码（1）和（2）都试图调用get()取得一个唯一的序列。当代码（1）执行完代码（a），正要执行代码（b）时，它被中断了并开始执行代码（2）。一旦当代码（2）执行完（a）而代码（1）还未执行代码（b），那么代码（1）和代码（2）就将得到相同的值。

2. 通过synchronized实现资源同步

2.1 锁标志

2.1.1 每个对象都有一个标志锁。当对象的一个线程访问了对象的某个synchronized数据（包括函数）时，这个对象就将被“上锁”，所以被声明为synchronized的数据（包括函数）都不能被调用（因为当前线程取走了对象的“锁标志”）。只有当前线程访问完它要访问的synchronized数据，释放“锁标志”后，同一个对象的其它线程才能访问synchronized数据。

2.1.2 每个class也有一个“锁标志”。对于synchronized static数据（包括函数）可以在整个class下进行锁定，避免static数据的同时访问。

例5：

class Seq{

private static int number = 0;

private static Seq seq = new Seq();

private Seq() {}

public static Seq getInstance(){

return seq;

}

public synchronized int get(){ //（1）

number++;

return number;

}

}

例5在例4的基础上，把get()函数声明为synchronized，那么在同一个对象中，就只能有一个线程调用get()函数，所以每个线程取得的number值就是唯一的了。

例6：

class Seq{

private static int number = 0;

private static Seq seq = null;

private Seq() {}

synchronized public static Seq getInstance(){ //（1）

if(seq==null) seq = new Seq();

return seq;

}

public synchronized int get(){

number++;

return number;

}

}

例6把getInstance()函数声明为synchronized，那样就保证通过getInstance()得到的是同一个seq对象。

2.2 non-static的synchronized数据只能在同一个对象的纯种实现同步访问，不同对象的线程仍可同时访问。

例7：

class TestSynchronized implements Runnable{

public synchronized void run(){//（1）

for(int i=0; i<10; i++){

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);

/*（2）*/

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

}

}

}

public class TestThread{

public static void main(String[] args){

TestSynchronized r1 = new TestSynchronized();

TestSynchronized r2 = new TestSynchronized();

Thread t1 = new Thread(r1, "t1");

Thread t2 = new Thread(r2, "t2");//(3)

//Thread t2 = new Thread(r1, "t2");（4）

t1.start();

t2.start();

}

}

运行结果为：

t1 : 0

t2 : 0

t1 : 1

t2 : 1

t1 : 2

t2 : 2

t1 : 3

t2 : 3

t1 : 4

t2 : 4

t1 : 5

t2 : 5

t1 : 6

t2 : 6

t1 : 7

t2 : 7

t1 : 8

t2 : 8

t1 : 9

t2 : 9

虽然我们在代码（1）中把run()函数声明为synchronized，但由于t1、t2是两个对象（r1、r2）的线程，而run()函数是non-static的synchronized数据，所以仍可被同时访问（代码（2）中的sleep()函数由于在暂停时不会释放“标志锁”，因为线程中的循环很难被中断去执行另一个线程，所以代码（2）只是为了显示结果）。

如果把例7中的代码（3）注释掉，并去年代码（4）的注释，运行结果将为：

t1 : 0

t1 : 1

t1 : 2

t1 : 3

t1 : 4

t1 : 5

t1 : 6

t1 : 7

t1 : 8

t1 : 9

t2 : 0

t2 : 1

t2 : 2

t2 : 3

t2 : 4

t2 : 5

t2 : 6

t2 : 7

t2 : 8

t2 : 9

修改后的t1、t2是同一个对象（r1）的线程，所以只有当一个线程（t1或t2中的一个）执行run()函数，另一个线程才能执行。

2.3 对象的“锁标志”和class的“锁标志”是相互独立的。

例8：

class TestSynchronized extends Thread{

public TestSynchronized(String name){

super(name);

}

public synchronized static void prt(){

for(int i=10; i<20; i++){

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

}

}

public synchronized void run(){

for(int i=0; i<10; i++){

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

}

}

}

public class TestThread{

public static void main(String[] args){

TestSynchronized t1 = new TestSynchronized("t1");

TestSynchronized t2 = new TestSynchronized("t2");

t1.start();

t1.prt();//（1）

t2.prt();//（2）

}

}

运行结果为：

main : 10

t1 : 0

main : 11

t1 : 1

main : 12

t1 : 2

main : 13

t1 : 3

main : 14

t1 : 4

main : 15

t1 : 5

main : 16

t1 : 6

main : 17

t1 : 7

main : 18

t1 : 8

main : 19

t1 : 9

main : 10

main : 11

main : 12

main : 13

main : 14

main : 15

main : 16

main : 17

main : 18

main : 19

在代码（1）中，虽然是通过对象t1来调用prt()函数的，但由于prt()是静态的，所以调用它时不用经过任何对象，它所属的线程为main线程。

由于调用run()函数取走的是对象锁，而调用prt()函数取走的是class锁，所以同一个线程t1（由上面可知实际上是不同线程）调用run()函数且还没完成run()函数时，它就能调用prt()函数。但prt()函数只能被一个线程调用，如代码（1）和代码（2），即使是两个不同的对象也不能同时调用prt()。

3. 同步的优化

1) synchronizedblock

语法为：synchronized(reference){ do this }

reference用来指定“以某个对象的锁标志”对“大括号内的代码”实施同步控制。

例9：

class TestSynchronized implements Runnable{

static int j = 0;

public synchronized void run(){

for(int i=0; i<5; i++){

//（1）

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + j++);

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

}

}

}

public class TestThread{

public static void main(String[] args){

TestSynchronized r1 = new TestSynchronized();

TestSynchronized r2 = new TestSynchronized();

Thread t1 = new Thread(r1, "t1");

Thread t2 = new Thread(r1, "t2");

t1.start();

t2.start();

}

}

运行结果为：

t1 : 0

t1 : 1

t1 : 2

t1 : 3

t1 : 4

t2 : 5

t2 : 6

t2 : 7

t2 : 8

t2 : 9

上面的代码的run()函数实现了同步，使每次打印出来的j总是不相同的。但实际上在整个run()函数中，我们只关心j的同步，而其余代码同步与否我们是不关心的，所以可以对它进行以下修改：

class TestSynchronized implements Runnable{

static int j = 0;

public void run(){

for(int i=0; i<5; i++){

//（1）

synchronized(this){

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + j++);

}

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException e){

System.out.println("Interrupted");

}

}

}

}

public class TestThread{

public static void main(String[] args){

TestSynchronized r1 = new TestSynchronized();

TestSynchronized r2 = new TestSynchronized();

Thread t1 = new Thread(r1, "t1");

Thread t2 = new Thread(r1, "t2");

t1.start();

t2.start();

}

}

运行结果为：

t1 : 0

t2 : 1

t1 : 2

t2 : 3

t1 : 4

t2 : 5

t1 : 6

t2 : 7

t1 : 8

t2 : 9

由于进行同步的范围缩小了，所以程序的效率将提高。同时，代码（1）指出，当对大括号内的println()语句进行同步控制时，会取走当前对象的“锁标志”，即对当前对象“上锁”，不让当前对象下的其它线程执行当前对象的其它synchronized数据。